Проверка законов освещенности.

Приборы и принадлежности:

1. Лабораторный прибор по фотометрии (рис.1).
2. Микроамперметр.
3. Источник питания.
4. Соединительные провода.
5. Линза.

Цель работы :

1. Проверить опытным путем зависимость силы фототока от освещенности.

2. Проверить зависимость между освещенностью поверхности и углом падения лучей света.

Устройство прибора.

Прибор (рис.1) состоит из горизонтально расположенного корпуса, закрепленного на двух стойках I и 2, установленных на общем основании. Корпус состоит из двух частей: камеры 3, внутри которой вмонтирован селеновый фотоэлемент и разъемного цилиндра 4. На торцевой части камеры 3 помещены две клеммы 6, к которым подведены выводы от фотоэлемента. К этим клеммам присоединяется микроамперметр.

При помощи рукоятки 7 фотоэлемент можно вращать вокруг своей оси с максимальным углом поворота равным 90°. Шкала 8, укрепленная на цилиндрической части камеры, служит для измерения угла поворота фотоэлемента.

В нижней части откидной крышки цилиндра 4 укреплена шкала 9 с сантиметровыми делениями, предназначенная для линейных измерений. Нулевое

деление шкалы совпадает с плоскостью защитных ребер, которые предохраняют фотоэлемент от отраженных лучей. Черная матовая окраска внутренней части цилиндра служит надежной защитой фотоэлемента от световых бликов.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

I = kf (1),

где I - величина фототока,

k - чувствительность фотоэлемента,

f -величина светового потока.

Величина фототока I пропорциональна величине светового потока, падающего на фотоэлемент.

Но величина светового потока может быть определена так

Ф = ЕS (2),

где Е - освещенность,

S-площадь, на которую падает поток f.

Освещенность площадки S зависит от силы света источника I, расстояния от источника света до площадки R, и от угла, под которым свет падает на площадку.

(3)

Если на одну и ту же площадку S1=S2 падает свет от одного и того же источника I1 = I2 под одним и тем же углом a_l = a₂, но расположенным на разных R(R1 ¹ R2),то E1 ¹ Е2

(4)

Решая совместно уравнения (1) и (2), находим, что

(5)

1. ХОД РАБОТЫ.

Задание 1

Проверить зависимость силы фототока от освещенности

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА НУЖНО:

1.Проверить, чтобы рукоятка 7 была установлена на нуле угломерной шкалы. В этом случае фотоэлемент установлен перпендикулярно к оси прибора.

2. Установить лампочку со стойкой против деления 10 шкалы, принимая за центр лампочки середину стойки.

3.Включить лампочку и снять показания микроамперметра.

4. Затем передвинуть лампочку на 15, 20, 25, 30 делений, соответствующие показания микроамперметра записать в таблицу 1.

Таблица 1

№№ пп	Расстояние от лампочки до фотоэлемента, см	Показания микроамперм. i*10 --- 6А	Отношение i 1: i2; i2:i3 и т.д.	Отношение квадратов расстояний и т.д.
1.
2.
3.
4.
5.

5. Сделать вывод.

6. Из полученных результатов проверить:

; ;

и.т.д.

Задание 2.

Проверить зависимость между освещенностью поверхности и углом падения лучей света.

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА НУЖНО:

1. Лампочку установить в фокусе линзы, т.е. 10-15-е деление, В этом случае на фотоэлемент падает параллельный пучок света.

2. Поставить указатель угломера на нулевое деление, зажечь лампочку, отметить показания микроамперметра.

3. Вращая рукоятку, установить фотоэлемент под углом 30°, 45°, 60°, 90⁰ и записать соответствующие показания микроамперметра.

4. Все результаты вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2.

№№ пп	Угол падения в градусах	Показания микроампер А	Значение данного угла	Значение i вычисленное по формуле i 10 --- 6A
1.
2.
3.
4.
5.

i₀ - значение фототока при угле падения 0° лучей света на площадку фотоэлемента.

1. Сделать вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО УРОВНЯ.

1. Что такое освещенность и какой ее физический смысл?

2. Сформулируйте первый и второй законы освещенности.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.

3. Если не изменять площадь фотоэлемента и расстояние до лампы, то как изменится величина фототока, если лампу заменить на другую, мощность которой в два раза больше?

4. Как определить силу света произвольного источника, пользуясь результатами этой работы?

Лабораторная работа №17.

«Исследование линейчатых спектров испускания».[35]

Приборы и принадлежности, используемые в работе:

1. Спектральные трубки.
2. Миллиметровая бумага.
3. Спектроскоп.

Цель работы:

Научиться градуировать спектроскоп и по градуировочной кривой определить длину световых волн спектральных линий какого- либо светящегося газа.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Излучение света различными телами при их нагревании до высоких температур принято называть тепловыми или температурным излучением. Если свет от раскаленного тела пропустить через призму, то на экране за призмой получим непрерывную цветную полоску, к которой прибавляют еще справа и слева невидимые части. Вся картина вместе носит название непрерывного или сплошного спектра испускания. Такой спектр получается, например, от раскаленной вольфрамовой нити лампы накаливания. Если источником света является раскаленный газ или пар, то картина спектра существенно меняется: на месте непрерывно переходящих одна в другую цветных полос наблюдаются несколько ярких линий, разделенных темными полосами. Такие спектры называются линейчатыми.

Линейчатые спектры испускания возникают в тех случаях, когда источником излучения служат атомы или ионы химических элементов, находящихся в газообразном состоянии. Примерами линейчатых спектров служат спектры водорода, неона, гелия. Если источником излучения служат не атомы или ионы, а молекулы вещества, то получается так называемый полосатый спектр (например, спектр метана). По виду полосатый спектр похож на линейчатый, но только в полосатом спектре наблюдаются не цветные полосы на тёмном фоне, как у линейчатого, и наоборот, на цветном фоне - тёмные полосы. Для качественных исследований видимой части спектра служат различного вида спектроскопы. Один из наиболее простых типов состоит из треножного штатива (рис.1), на котором укреплены следующие части: коллиматор А, зрительная труба В и столик с призмой 4. Коллиматор А состоит из оптической трубы, в которой окуляр заменен щелью 9. Щель помещена в главном фокусе объектива О1 (рис.2)., поэтому лучи, идущие от нее, выходят из объектива параллельным пучком. Ширину щели можно менять с помощью винта. Призма 4, которая помещается на столике спектроскопа, устанавливается на угол наименьшего отклонения выходящих лучей. Лучи из объектива О1 падают на переднюю грань призмы (рис.2), в которой разлагаются и выходят параллельными пучками разных цветов и направлений, смотря по их составу. Пройдя призму, лучи поступают в оптическую трубу В через объектив О2, который дает изображение спектра в фокальной плоскости линзы ОЗ. Так как выходящие их призмы пучки параллельных лучей различных цветов имеют различное направление, то в фокальной плоскости линзы ОЗ получается ряд параллельных изображений этих пучков (ряд различно окрашенных изображений щели). Эти изображения рассматриваются через окуляр ОЗ трубы В. Для определения относительного положения полос спектра в окулярной трубе имеется указатель, который при помощи винта С (рис.1) можно передвигать и совмещать с любым изображением щели. На винте С есть миллиметровые деления, а барабан винта разделен на 50 частей. Ход винта равен 1 мм, следовательно, цена деления на барабане винта: N = 0,02м Положение каждого изображение щели можно характеризовать отсчетом на барабане. Работа заключается: 1) в градуировке шкалы спектроскопа и 2) в исследовании линейчатого спектра испускания какого-либо металла или газа, т.е. в определении длины волны линий, наблюдаемых в спектре этого газа.

ГРАДУИРОВАНИЕ СПЕКТРОСКОПА

Градирование спектроскопа заключается в построении градировочного графика спектроскопа по известным длинам волн линейчатого спектра известного газа, для чего по оси X откладываются показания барабана n, по оси У- длина волны Y. Для этого пользуются спектральными трубками, наполненными специально очищенными газами, находящимися под давлением около 1мм. рт. ст. и имеющими в средней части капилляр, где при пропускании разряда происходит наиболее интенсивное свечение. В качестве источника тока может быть небольшая индукционная катушка, питаемая постоянным током.

Щель предварительно установленного спектроскопа, следует, возможно, ближе придвинуть к капилляру спектральной трубки, причем она должна быть расположена параллельно капилляру, т.е. вертикально. Следует иметь также ввиду, что наблюдаемый в трубке спектр зависит помимо прочих условий и от того режима, при котором работает трубка, от величины искры, от интенсивности разряда, частоты прерывателя и т.д. Для каждой отдельной трубки необходимо найти из опыта наилучшие условия режима ее работы и обеспечить, таким образом, наибольшую четкость и яркость спектра.

Градирование барабана спектроскопа можно вести по любой трубке, если известны длины волн, находящегося в ней газа. Длины волн для градирования, их расположение и цвет даны в таблицах для справок.

ИЗМЕРЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ. ГРАДУИРОВКА СПЕКТРОСКОПА.

1. Устанавливают трубку и включают ток.

2. Наблюдая спектр, и осторожно вращая барабан, приводят указатель окуляра оптической трубы спектроскопа в совпадение с первой хорошо различимой линией, например, ярко-красной, и делают отсчет по шкале микрометрического винта барабана. Затем, вращая барабан, переводят указатель на следующую хорошо видимую линию и опять делают отсчет по шкале микрометрического винта барабана и т. д. Результаты измерений заносят в таблицу, предварительно записав в нее известные длины волн спектра, по которому ведется градуировка.

3. Строят график градуировки , откладывая на миллиметровой бумаге по оси абсцисс показания шкалы микрометрического винта барабана, а по оси ординат - длины волн. По графику определяют длины волн неизвестного газа, если известно положение линий по шкале микрометрического винта барабана спектроскопа[36].

4. Зарисовывают спектр, соблюдая интервалы по длинам волн между спектральными линиями.[37] Показания шкалы микрометрического винта барабана спектроскопа вносят в таблицу.

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ

Цвет линий спектра	Исследуемый газ
-отсчет по шкале винта		Нм табл.

КОНТРОЛЬНЫЙ ВОПРОС ДЛЯ ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.

Виды излучения. Виды спектров.

Лабораторная работа №18.